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Zu den kryogenen Anwendungen gehören Materialien und Verfahren, die eine hohe Temperatur aufrechterhalten oder das Volumen eines Objekts reduzieren können. Kryogene Kühlung und Tunnelgefrieranlagen sind Beispiele für solche Anwendungen. Kryogene Dichtungslösungen können verwendet werden, um Materialien in einem inerten Zustand zu halten und Korrosion zu verhindern.
Die kryogene Kühlung kann bei einer Vielzahl von industriellen Anwendungen von Vorteil sein. In einem Bearbeitungsprozess kann eine kalte Kühlflüssigkeit beispielsweise die Schnittkraft erhöhen und die Zerspanbarkeit verbessern. Außerdem verringern kalte Temperaturen die Reibung und damit die für den Vorschub eines Werkstücks erforderliche Kraft. Die kryogene Kühlung ist jedoch nicht immer kosteneffizient, und es gibt einige häufige Fehler, die vermieden werden sollten.
Die kryogene Kühlung ist nicht nur energieeffizienter, sondern auch kostengünstiger als mechanische Kühlmethoden. Sie ist auch schneller und ermöglicht ununterbrochene Prozesse. Außerdem sind kryogene Systeme einfacher zu warten und zu reinigen. Das macht sie für viele Anwendungen zur besseren Wahl. Nachfolgend sind nur einige der vielen Vorteile der kryogenen Kühlung in Anwendungen aufgeführt:
Erstens muss ein kryogenes Kühlsystem in der Lage sein, konstante Temperaturen zu halten. Kryogene Flüssigkeiten sind extrem dicht und neigen dazu, Wärme zu absorbieren. Daher ist es wichtig, hochwertige vakuumisolierte Rohre zu verwenden, um die Wahrscheinlichkeit einer erheblichen Wärmeaufnahme zu verringern. Zweitens kann eine kryogene Flüssigkeit zweiphasige Strömungen erzeugen, die zu einem geringeren Massendurchsatz und zu Vibrationen in den Rohrleitungen führen.
Kryogene Kühlsysteme müssen einen geschlossenen Kreislauf aufweisen, der eine Vielzahl von Designüberlegungen berücksichtigt. Zu diesen Überlegungen gehören Kälteerzeugung, Wärmeübertragung, Strömungswiderstand und Kosten. Diese Entwürfe sind oft iterativ und erfordern eine Reihe von Parametern, die optimiert werden müssen. Ausgangspunkte für diesen Auslegungsprozess sind die für die Anwendung des Kunden erforderliche Kühlleistung, das Delta T, das für die Anwendung erreicht werden kann, und der Betriebsdruck der Kühlflüssigkeit.
Die Tieftemperaturkühlung ist zwar eine nützliche Technik zur Kühlung empfindlicher Materialien, aber auch ein riskantes Verfahren. Das flüssige Kohlendioxid und der Stickstoff sind für Menschen nicht giftig, aber ihre niedrige Temperatur kann den atembaren Sauerstoff in einem Raum verdrängen. Wenn sie in hohen Konzentrationen eingeatmet werden, können sie Symptome wie Übelkeit, Schwindel und Kopfschmerzen hervorrufen. Daher ist es wichtig, gut belüftete Räume zu verwenden und bei kryogener Kühlung einen Sauerstoffmonitor einzusetzen.
Kryogene Kraftstoffe können für eine Vielzahl von Zwecken verwendet werden. Einige kryogene Kraftstoffe werden beim Präzisionsschweißen eingesetzt. Andere werden für medizinische Zwecke verwendet. Einige der gebräuchlichsten kryogenen Kraftstoffe sind Argon, Stickstoff und Sauerstoff. Stickstoff wird beispielsweise verwendet, um den Bereich der Schweißverbindung kalt zu halten.
Kryogene Flüssigkeiten und Gase werden in der Regel in speziellen Behältern gelagert. Sie werden Dewar-Röhrchen genannt, benannt nach ihrem Erfinder James Dewar. Diese Behälter sind doppelwandig und weisen ein isolierendes Vakuum zwischen den beiden Wänden auf. Dadurch wird verhindert, dass sich der Druck durch das Sieden des Gases aufbaut. Dies könnte zu einer Explosion führen. Diese kryogenen Flüssigkeiten erfordern auch spezielle Sensoren und Geräte zur Überwachung ihrer Temperatur. Im Allgemeinen werden für kryogene Anwendungen Widerstandstemperaturdetektoren bevorzugt. Für niedrigere Temperaturen werden spezielle Siliziumdioden verwendet.
Kryogene Kraftstoffe werden hauptsächlich in der Fertigungsindustrie eingesetzt. Es wird erwartet, dass dieses Segment einen großen Teil des Gesamtmarktes ausmachen wird. Dieses Segment wird durch die wachsende Fertigungsindustrie in Schwellenländern angetrieben, was die Nachfrage nach kryogenen Kraftstoffen befeuert hat. Zusätzlich zur Fertigung werden kryogene Kraftstoffe in der medizinischen und biomedizinischen Forschung eingesetzt.
Kryogene Kraftstoffe können zur Herstellung von hochenergiereichen Flüssigbrennstoffen verwendet werden. Diese Kraftstoffe können in großen Mengen hergestellt und auch über lange Zeiträume gelagert werden. Außerdem sind diese Kraftstoffe umweltfreundlich. Einer der vielversprechendsten ist flüssiger Wasserstoff. Kryogene Hochdruck-Kraftstoffeinspritzung und Kraftstoffaufbereitung sind wichtig für Wasserstoffmotoren.
Die Fortschritte in der Kryotechnik begannen während des Zweiten Weltkriegs, als gefrorene Metalle widerstandsfähiger gegen Verschleiß waren. Die Kryotechnik wurde in den späten 1960er Jahren auch in den industriellen Bereich eingeführt. Das erste kommerzielle Unternehmen für kryogene Verarbeitung wurde von Ed Busch gegründet, der aus dem Bereich der Wärmebehandlung kam. Er war auch daran interessiert, die Kryotechnik zur Verbesserung der Lebensdauer von Metallwerkzeugen einzusetzen.
Kryogene Tunnelgefrieranlagen für Anwendungen sind eine Art Gefriergerät, das niedrige Temperaturen verwendet, um Flüssigkeiten oder Schnee zu lagern und zu verarbeiten. Die Temperatur des Produkts kann durch Steuerung des Kohlendioxidstroms reguliert werden. Diese Gefriergeräte können eine größere Kryogenzufuhr verarbeiten als andere Arten von Gefriergeräten.
Kryogene Tunnelgefrieranlagen sind eine gute Option für die Verarbeitung großer Produktmengen bei gleichzeitig geringem Platzbedarf. Sie erhöhen die Ausbeute der Produkte, indem sie deren Textur erhalten und die Dehydration minimieren. Diese Gefriergeräte sind mit Förderbändern, Umwälzventilatoren und Abluftsystemen ausgestattet, um die Feuchtigkeit der Produkte zu erhalten.
Die Hauptunterschiede zwischen traditionellen Tunnelgefrieranlagen und kryogenen Gefrieranlagen liegen in der Art und Weise, wie die Kryogene durch sie gepumpt werden. Im Gegensatz zu flüssigem Stickstoff wird flüssiges CO2 unter hohem Druck in den Tunnel geleitet und expandiert zu einem Gemisch aus Gas und festen Trockeneispartikeln. Diese festen Partikel, die gemeinhin als Trockeneisschnee bekannt sind, werden dann durch die Wärme des Lebensmittelsublimiert. Dadurch absorbiert CO2 die Wärme und erzeugt einen Kühleffekt. Die latente Sublimationswärme beträgt etwa 120 BTU pro lb festem CO2.
Kryogene Tunnelgefrieranlagen werden häufig in der Lebensmittelindustrie eingesetzt. Sie haben viele Vorteile, darunter die Möglichkeit, große Mengen an Lebensmitteln schnell zu kühlen. Diese Gefriergeräte können entweder aus einem Gleichstrom- oder einem Gegenstromsystem hergestellt werden. Dies ermöglicht es, das Produkt auf sichere und gleichmäßige Weise zu kühlen.
Eine kryogene Tunnelgefrieranlage kann für viele verschiedene Arten von Anwendungen eingesetzt werden. Der Hauptvorteil dieser Gefrieranlage ist, dass sie wenig Platz benötigt und an einem Wochenende installiert werden kann. Kryogene Tunnelgefrieranlagen verwenden flüssigen Stickstoff, um die gewünschte Temperatur aufrechtzuerhalten. Die Verwendung von flüssigem Stickstoff zur Kühlung von flüssigen Milchprodukten macht Abluftventilatoren überflüssig, die gefährlich sein können. Kryogene Tunnelgefrieranlagen sind außerdem kostengünstig in der Anschaffung und Wartung und können auf einfache Weise installiert werden.
Kryogene Dichtungslösungen erfordern eine Kombination von Materialien, die extremem Druck und extremen Temperaturen standhalten können. Flüssiger Sauerstoff ist eines der am häufigsten verwendeten Medien. Diese Anwendungen können Betriebstemperaturen von -420F bis 500F haben. Um extremen Temperaturen standzuhalten, müssen kryogene Dichtungen aus den besten Materialien hergestellt und mit optimaler Effizienz konstruiert werden. Neben der Wahl der richtigen Materialien ist auch die Wahl des richtigen Herstellers entscheidend.
Kryogene Flüssigkeiten werden verwendet, um chemische Reaktionen zu stabilisieren und zu verlangsamen, wodurch eine genaue Messung und ein sicherer Transport gewährleistet werden. Kryogene Flüssigkeiten, die typischerweise mit Kesselwagen oder Lastwagen geliefert werden, erfordern eine spezielle Abdichtung für einen sicheren Transport und eine sichere Handhabung. Die raue Umgebung dieser Flüssigkeiten kann bei unsachgemäßer Handhabung lebensbedrohliche Gefahren bergen. Sie sind außerdem leicht entzündlich und können aufgrund ihrer schnellen Ausdehnung explodieren.
Die kryogene Abdichtung mit flüssigem Stickstoff ist ein schwieriger Prozess. Druck und Temperatur müssen präzise kontrolliert werden. Darüber hinaus dürfen Dichtungen keine Schmiermittel verwenden, was zu einem Ausfall führen kann. PTFE ist ein bevorzugtes Material für kryogene Anwendungen. Die chemische Beständigkeit, die nützlichen thermischen Eigenschaften und die Dimensionsstabilität des Materials machen es zu einer guten Wahl für kryogene Dichtungen.
Kryogene Dichtungslösungen können in einer Vielzahl von Anwendungen eingesetzt werden. Eine statische Hochdruck-Kryoabdichtung kann mit durch Auslenkung betätigten, beschichteten Metalldichtungen erreicht werden. Darüber hinaus können umsichtige Flanschverbindungen in statischen Hochdruck-Kryoabdichtungsanwendungen eingesetzt werden. Kryogene Dichtungslösungen wurden im Space Shuttle Main Engine, External Tank und Saturn I eingesetzt. Sie sind jedoch auch für eine Vielzahl anderer Anwendungen und Systeme nützlich.
Polymere sind ein weiteres Material, das in kryogenen Anwendungen verwendet wird. Diese Materialien sind bekannt für ihr hohes Verhältnis von Festigkeit zu Gewicht. Polymere haben außerdem eine geringe Wärmeleitfähigkeit und eine hohe Elastizität, wodurch sie sich für eine Vielzahl von Anwendungen eignen.
Kryogene Biobanken sind eine äußerst wertvolle Ressource für Forschungslabore weltweit. Sie bewahren die Integrität hochwertiger Güter und gewährleisten gleichzeitig die Zugänglichkeit und Rückverfolgbarkeit von Proben. Mithilfe eines speziell entwickelten Softwaresystems, CryoSMART, werden die Prozesse in der kryogenen Lagerung überwacht und verwaltet. Die Software umfasst eine Datenbank mit Probeninformationen sowie ein Rückverfolgungssystem für die Lagerbedingungen.
Es wird erwartet, dass der Markt für kryogene Biobankdienstleistungen in den kommenden Jahren wachsen wird, was auf die steigende Nachfrage nach biologischen Proben zurückzuführen ist. Es wird auch erwartet, dass die Nachfrage nach kryogenen Biobankdienstleistungen mit der zunehmenden Anzahl wissenschaftlicher Forschungsprojekte steigen wird. Zu den Faktoren, die zum Marktwachstum beitragen, gehören steigende Investitionen von Pharmaunternehmen, die zunehmende Akzeptanz des Nabelschnurblutbankings und die Einführung neuer kryogener Biokonservierungseinrichtungen.
Der Markt für kryogene Biobankdienstleistungen ist nach Regionen segmentiert. Nordamerika ist der größte Markt für kryogene Biobankdienstleistungen. Europa ist die zweitgrößte Region. Es wird erwartet, dass der Markt für kryogene Biobankdienstleistungen bis 2029 USD XX Millionen erreichen wird. Kryogene Biobankdienstleistungen werden zur Lagerung von Bioproben für die Forschung und Entwicklung neuer Medikamente verwendet. Der asiatisch-pazifische Raum ist einer der aufstrebenden Märkte für kryogene Biobankdienstleistungen.
Die wachsende Bedeutung von Biobanken in Forschung und Entwicklung treibt eine Vielzahl von Technologien und Strategien voran, um sie nachhaltiger zu gestalten. Der Einsatz von Stickstoffgas bietet eine Reihe von Vorteilen. Er senkt die Temperatur, reduziert das Kontaminationsrisiko und ist umweltfreundlich. Der Prozess minimiert auch die Wartungskosten und den Zeitaufwand. Es ist möglich, Bioproben sowohl von der Allgemeinbevölkerung als auch von Patienten ausschließlich für Forschungszwecke zu entnehmen. Um eine Biobank in Betrieb zu nehmen, muss die Institution über ausreichende finanzielle Mittel verfügen, um die Kosten zu decken.
Der Einsatz der kryogenen Biobanktechnologie ist ein wichtiger Bestandteil der klinischen Forschung. Diese Proben können Ärzten helfen, die Wirksamkeit neuer Behandlungen zu beurteilen und festzustellen, ob sie wirken oder nicht.
